【正文】 DB0～ DB7:雙向數(shù)據(jù)總線 RL0～ RL7: 檢測(cè)輸入線 SL0～ SL3: 矩陣掃描線 IRQ:中斷請(qǐng)求信號(hào) /RD、 /WR:讀寫選通信號(hào) /CS:片選信號(hào) /BD: 顯示消隱信號(hào) CLK:時(shí)鐘信號(hào) RESET:復(fù)位信號(hào) SHIFT: 擴(kuò)展鍵位的換檔信號(hào) ,帶上拉電阻 CTRL/STB: 控制鍵輸入 /選通信號(hào)輸入 ,帶上拉電阻 A0:命令 /狀態(tài)或數(shù)據(jù)識(shí)別信號(hào) A=1,為寫命令或讀狀態(tài) 。正是因?yàn)樗哂羞@兩種功能，它能減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)，并且可以大大簡(jiǎn)化單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) ,所以本設(shè)計(jì)使用這個(gè)芯片。如圖 12所示。其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用 CPU 的工作時(shí)間。 CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。的二路脈沖經(jīng)異或門二倍頻再送入 1m 的計(jì)數(shù)器。因此， M/T 法測(cè)速能適用的轉(zhuǎn)速范圍比 較大，是目前廣泛應(yīng)用的一種測(cè)速方法。這樣， 2m 代表了 1m 個(gè)測(cè)速脈沖周期的時(shí)間。原理如圖 37： 圖 37 M/T法測(cè)速原理 測(cè)速時(shí)間 dT 由測(cè)速脈沖來同步，即由圖 37電路實(shí)現(xiàn) dT 等于整 1m 個(gè)脈沖周期。之所以要保證轉(zhuǎn)速檢測(cè)的快速性和精度，是因?yàn)檗D(zhuǎn)速檢測(cè)的快速性和精度對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能影響極大。觸發(fā)器總是在 B脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí) D觸發(fā)器的輸出端 Q輸出為高電平。則 D觸發(fā)器總是在 B脈沖為低電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí) Q輸出端輸出為低電平。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是這樣確定的，由于 A、 B兩相的脈沖相位相差 90176。 用 D觸發(fā)器的輸出信號(hào) Q來判斷編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向。復(fù)位計(jì)數(shù)器采用編碼盤輸出的 z相脈沖，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計(jì)數(shù)器。碼盤提供相位相差 90176。 一旦 當(dāng)圓盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件輸出的脈沖是這樣形成的，光敏元件接受的光增量會(huì)隨透光線條同步變化，它輸出的波形經(jīng)過整形后便形成了脈沖。下面我們這里以三相編碼器為例來介紹增量式編碼器的結(jié)構(gòu)及其工作原理。 通過比較 增量式和絕對(duì)式的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)，我們可以確定 本設(shè)計(jì)可以采用增量式光電編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號(hào)，如圖 36所示。絕對(duì)式編碼器的特點(diǎn)為一個(gè)確定的數(shù)字碼對(duì)應(yīng)每一個(gè)位置，因此它的示值與測(cè)量的中間過程無關(guān)，而只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)。非接觸式的接受敏感元件是磁敏元件或光敏元件，光敏元件時(shí)常常使用以不透光區(qū)和透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 0”還是“ 1”；接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸絕緣區(qū)或?qū)щ妳^(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 0”還是“ 1”。前者成為碼尺，后者稱碼盤。 檢測(cè)回路 檢測(cè)回路利用光電編碼器將轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。 3）電流一定連續(xù)。 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。因?yàn)榇嬖谡?fù)脈寬相等條件，對(duì)交變電流的平均值而言，它的值也等于零，因而平均轉(zhuǎn)矩是不產(chǎn)生，雙極式控制有個(gè)很大的缺點(diǎn)就是它會(huì)徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗。當(dāng) 21?ρ 時(shí)， γ 為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 21?ρ 時(shí)， γ 為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng) 21?ρ 時(shí)， 0?γ ，電動(dòng)機(jī)停止。 當(dāng) 正脈沖較寬時(shí)， 2Tton?，則 ABU 的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等， 2Tton?，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。 ABU 在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式 PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2 所示。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) ontt??0時(shí)，晶體管 1VT 、 4VT 飽和導(dǎo)通而 3VT 、 2VT 截止，這時(shí) sAB UU ? 。 MGM O T O R D CV T 1V T 2VD1VD2V T 3V T 4VD3VD4U g1U g2U g3U g4Us 圖 34 橋式可逆 PWM變換器電路 雙極式控制可逆 PWM 變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖 35所示。如果我們聯(lián)系改變 λ ，那么便可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向的無級(jí)調(diào)速。 D 在 01之間變化，因此 λ 在177。 HIN信號(hào)的占空比為 TtD /1? 。 因此電樞上的工作電壓不是單極性的矩形脈沖波形，而是雙極性矩形脈沖波形，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向是由矩形脈沖電壓的平 均值來決定的，原因在于存在著機(jī)械慣性的緣故。其具體的操作步驟如下： 電源經(jīng) VT3至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過 VT2到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。 在 HIN為高電平 期間， VT VT4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。我們可以采取雙 PWM信號(hào)來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。 H 橋雙極性主電路 從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的 動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。 （ 2） IGBT 導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流 : AIIi r m 1 ???? （ 32） 額定電電壓按 220V 供電電壓、額定功率 10kVA 容量算。但這本設(shè)計(jì)中 IGBT 仍然是本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的最理想器件。 (5)與 MOSFET 一樣， IGBT 具有很大的輸入電阻和較小的輸入電容，則驅(qū)動(dòng)功率低，開關(guān)速度高。 (3)較寬的低摻雜漂移區(qū)（ n區(qū)）能夠承受很高的電壓，因而可以實(shí)現(xiàn)高耐壓的器件。 P W M 1 P W M 2VbHOVsLOH INL INSDC O MVb HO Vs LOH IN L IN SDC O MIR 2 1 1 0R9 R 1 0R 1 1 R 1 2VD 10VD 11IR 2 1 1 0C4 C5P W M 1 P W M 2U g1U g2 U g3 U g4V s s V s s 圖 33 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 元器件的選擇比較、選型 本設(shè)計(jì)采用 IGBT， IGBT 作為大功率的電路驅(qū)動(dòng)器件，具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)IGBT 在正常工作時(shí)，導(dǎo)通電阻較低，增大了器件的電流容量。 120ns 為兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時(shí)， 94ns 為關(guān)斷延時(shí)。 CMOS 施密特觸發(fā)被應(yīng)用于 IR2110 輸入，滯后欠壓鎖定存在于兩路。 IR2110 的引腳圖以及功能 HOUBUsNcV c cC O MNCV SSLINSDH INV DDNCLO 圖 32 IR2110管腳圖 IR2110 使用了兩種工藝，分別是閂鎖抗干擾 CMOS 工藝和 HVIC，不管是高端還是低端，他們的輸出通道都是獨(dú)立的；但是與標(biāo)準(zhǔn)的 CMOS 輸出比較起來，它的邏輯輸入是兼容的；并且自舉電路用于浮置電源， 500V 是它工作電壓可以達(dá)到的最大值，du/dt=177。為了使得驅(qū)動(dòng)電源路數(shù)目較其他 IC驅(qū)動(dòng)大大減小，它的上管驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電。 芯片 IR2110 性能及特點(diǎn) IR2110是美國國際整流器公司 (International Rectifier Company )于 1990年前后推出的，它采用了兩種技術(shù)，分別是無門鎖 CMOS技術(shù)和 高壓集成電路，它相當(dāng)于是IGBT和大功率 MOSFET的專用驅(qū)動(dòng)集成電路 ,正是因?yàn)榫哂羞@種優(yōu)勢(shì)，他被廣泛應(yīng)用于 馬達(dá)調(diào)速、電源變換等功率驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。這種 可編程是通過 TMOD 控制器來完成的。 16個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成了定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 16 位，因此可以算出 1216? 為它的最大計(jì)數(shù)模值。 IE 還包括一個(gè)中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。 AT89S52 主要性能： 與 MCS51單片機(jī) 產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存 儲(chǔ)器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz 三級(jí)加密 程序存儲(chǔ)器 32 個(gè)可編程 I/O 口線 三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8個(gè) 中斷源 全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 1 掉電后中斷可喚醒 1看門狗定時(shí)器 1 雙數(shù)據(jù)指針 1掉電標(biāo)識(shí)符 AT89S52 引腳圖 圖 31 單片機(jī)引腳圖 AT89S52 有 6 個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（ INT0 和 INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器 0、 2）和一個(gè)串行 中斷。片上 Flash 允許 程序存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 它具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。從而達(dá)到對(duì)直流電機(jī)的較為精確的控制。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)采用單閉環(huán)系統(tǒng)，之所以會(huì)選擇閉環(huán)還沒采用開環(huán)，原因在于閉環(huán)相對(duì)于開環(huán)具有一些比較突出的一些優(yōu)點(diǎn)，閉環(huán)的主要特點(diǎn)在于存在反饋控制，反饋控制的作用表現(xiàn)為如果被控制量偏離給定值，這樣的偏差就會(huì)被反饋控制通過自己的修正作用去消除。 方案二：采用軟 件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。因此，只要控制好脈沖的通電時(shí)間，就可以很容易實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)速。通常有 3種方法改變占空比： (1)定寬調(diào)頻法：就是使 1t 的寬度保持不變，改變 2t 的寬度，此時(shí)周期 T（即頻率）也發(fā)生了變化，也就是所謂的寬度的大小 不變，調(diào)整頻率的大?。? (2)調(diào)寬調(diào)頻法： 就是使 2t 的寬度保持不變，改變 1t 的寬度，此時(shí)的周期 T（即頻率）也發(fā)生了變化，也就是所謂的調(diào)整寬度的大小和調(diào)整頻率的大?。? (3)定頻調(diào)寬法：就是使 T（即頻率）的寬度保持不變，改變 1t 的寬度，此時(shí) 2t 的寬度也會(huì)發(fā)生變化，也就是所謂的保持頻率不變，調(diào)整寬度的大小。 PWM 調(diào)速方法 調(diào)速原理如圖 21所示?，F(xiàn)在我們 可以通過改變占空比來獲得不同的轉(zhuǎn)速，因?yàn)?DVVD ?? m ax 。由上式可知，當(dāng)電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值為DVVD ?? m ax ，因此占空比如果變化的話就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。 下式是占空比計(jì)算公式： TtD 1? (21) 式中 1t 表示一個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間， T 表示一個(gè)周期的時(shí)間。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對(duì)電機(jī)速度的有效控制。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制， C 語言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。從而使輸出的平均電壓發(fā)生變化，也就是因?yàn)楦淖兞穗姌须妷旱摹罢伎毡取?，從而?shí)現(xiàn)了控制平均電壓的大小。在調(diào)整系統(tǒng)中， PWM 的作用表現(xiàn)為 控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。文章中采用了通過編程實(shí)現(xiàn) PWM 信號(hào)的發(fā)生，然后通過 IR2110來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 其中脈寬調(diào)制 (PWM)就是保持頻率不變，通過控制占空比來改變 “占空比”的百分比，從而改變電樞電壓的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。勵(lì)磁控制法控制磁通，容易因 磁場(chǎng)飽和而受到影響 。但是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： ?e aaa C RIUn ?? （ 11） 式 aU 電樞供電電壓（ V） aI 電樞電流（ A） ? 勵(lì)磁磁通（ Wb) R 電樞回路總電阻（ Ω ） eC 電勢(shì)系數(shù)， apNCe 60?， p 為電磁對(duì)數(shù)， a 為電樞并聯(lián)支路數(shù)， N 為導(dǎo)體數(shù)。直流電機(jī)模型見圖 11。當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因此，對(duì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行高可靠性的，高性能的研究工作對(duì)現(xiàn)實(shí)生活具有非常重要的意義?，F(xiàn)在社會(huì)生產(chǎn)中，只要是工廠自動(dòng)化設(shè)備，不管是機(jī)器人還是數(shù)控機(jī)床都在廣泛應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)。 隨著技術(shù)的高速進(jìn)步，越來越多的行業(yè)開始采用控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，現(xiàn)代化生產(chǎn)變得越來越重要的是主流開始變?yōu)殡姎鈧鲃?dòng)采用直流驅(qū)動(dòng)控制。 穩(wěn)速對(duì)于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制十分重要，因?yàn)檫@是個(gè)最難實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)，相對(duì)于調(diào)速、加速或減速這兩方面來講，穩(wěn)速的指標(biāo)在于要求以一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)要控制在很小的范圍內(nèi)，要有一定能夠應(yīng)對(duì)不同的干擾的能力，工業(yè)上，能夠很好地實(shí)現(xiàn)調(diào)速、加速或減速這兩方面 的功能，但是對(duì)于穩(wěn)速精度的功能的實(shí)現(xiàn)還是 有一定的困難。 由于現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展使得控制技術(shù)、冷卻技術(shù)以及許多的 新型磁性材料不斷地被研制出來，從這些最被看好有未來的產(chǎn)品中我們能夠得出，直線電